反式-1,2-环丁烷二甲酸
[CAS 1124-13-6]

基本信息

• 产品分类: 有机原料 >> 羧酸类化合物及衍生物
• 产品名称: 反式-1,2-环丁烷二甲酸
• 英文名: trans-1,2-Cyclobutanedicarboxylic acid
• 别名: NSC 527264
• 分子式: C₆H₈O₄
• 分子量: 144.13
• CAS 登录号: 1124-13-6
• EC 号码: 214-392-8
• 分子行输入简码SMILES: C1C[C@H]([C@@H]1C(=O)O)C(=O)O

物理化学性质

• 溶解度: 溶解 (59 g/L) (25 °C), 计算值^*
• 密度: 1.509±0.06 g/cm³ (20 °C 760 Torr), 计算值^*
• 熔点: 131-131.5 °C (实验值)
• 沸点: 377.7±35.0 °C 760 mmHg (计算值)^*
• 闪点: 196.4±22.4 °C (计算值)^*
• 折射率: 1.555 (计算值)^*, 1.4556 (589.3 nm 25 °C) (实验值)

^* 使用计算机软件 Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software.

安全数据

• 危险品标志: GHS07 警告
• 危害标签: H315-H319-H335
• 防护标签: P261-P264-P264+P265-P271-P280-P302+P352-P304+P340-P305+P351+P338-P319-P321-P332+P317-P337+P317-P362+P364-P403+P233-P405-P501

危害分类

危害	分类	类别码	危害标签
皮肤刺激	Skin Irrit.	2	H315
特定目标器官毒性—单次接触	STOT SE	3	H335
眼刺激	Eye Irrit.	2	H319
眼刺激	Eye Irrit.	2A	H319
急性毒性	Acute Tox.	4	H302

chemBlink 化学品故事

trans-1,2-Cyclobutanedicarboxylic acid（反式-1,2-环丁烷二羧酸，CAS 1124-13-6）是一种主要作为研究试剂和有机合成 building block 使用的小分子环状二羧酸，分子式为 C₆H₈O₄，分子量为 144.13。它由一个四元环丁烷骨架和连接在相邻两个碳原子上的羧基组成。这个分子真正有意思的地方并不只是“有两个羧基”，而是两个羧基在三维空间中的相对位置：在 trans 异构体中，它们分别朝向环的两个相反方向。

这个看似很小的空间差别，把我们带到了有机化学中非常重要的立体化学。Cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid 可以形成 cis 和 trans 两种形式。在 cis 异构体中，两个带羧基的碳原子上的取代基朝向环的同一侧；而在 trans 异构体中，它们朝向相反的两侧。两种分子具有完全相同的分子式，原子之间的连接顺序也相同，却因为三维空间排列不同而成为不同的化合物。

Trans 形式还包含更进一步的立体化学。由于环上两个带羧基的碳原子都是立体中心，trans 异构体可以形成一对互为镜像的构型，通常表示为 (1R,2R) 和 (1S,2S)。因此，标记为 (±)-trans-1,2-cyclobutanedicarboxylic acid 的普通样品可以是由等量两个对映体组成的外消旋体。相应的 cis 排列由于分子对称性不同，具有不同的立体化学特点。

四元环本身也是这个分子值得研究的原因。Cyclobutane 无法像较大的碳环那样采用接近理想键角的低张力构象，它的碳碳键被迫形成受到限制的几何结构，因此具有明显的环张力。环丁烷也不是一个完全平面的正方形，而会发生一定程度的折叠，以减少部分重叠相互作用。这些结构特点使环丁烷衍生物具有与普通开链化合物不同的几何形状和构象行为。

对于有机合成和药物化学来说，这种限制有时候恰恰是一种优势。一条柔性的碳链可以围绕多个单键旋转，因此能够采取许多不同构象；环丁烷则限制了这种自由运动，把连接在环上的基团保持在更加明确的空间关系中。因此，把 cyclobutane 单元引入一个较大的分子，可以在不增加庞大复杂骨架的情况下改变整个分子的三维形状。

这种思想在现代药物化学中越来越受到重视。Cyclobutane 以及其他小型饱和环经常被研究作为柔性分子片段的刚性或半刚性替代结构。这里并不是说加入 cyclobutane 就一定会提高生物活性，而是改变分子的几何形状以后，可能影响它怎样进入蛋白质结合位点、怎样展示极性官能团，以及整个分子的物理性质和代谢行为。

trans-1,2-Cyclobutanedicarboxylic acid 在这方面特别直观，因为两个羧基提供了可以继续反应的 functional handles，而环丁烷则预先规定了它们的相对空间方向。羧酸可以进一步转化成酯、酰胺、酰氯、盐、醇以及许多其他衍生物。因此，这两个羧基可以成为连接位置，把这个具有明确几何结构的 cyclobutane 骨架带入更加复杂的目标分子。

这个化合物也很好地展示了立体异构体为什么能够具有不同的物理和化学行为。早期关于 cyclobutane-1,2-dicarboxylic acids 的研究分别考察了 cis 和 trans 形式，包括它们的电离、衍生物、热行为以及质谱碎裂等性质。两个羧基之间不同的空间距离和方向，可以影响它们彼此之间发生相互作用的能力，并进一步影响分子在某些化学反应中的行为。

一个很有意思的经典现象是，在足够强烈的酸性条件下，cis 异构体可以转化成 trans 形式。早期制备化学文献记载，通过与浓盐酸一起加热，可以使 cis-cyclobutane-1,2-dicarboxylic acid 发生异构化。这类实验在现代三维分子模型和计算机可视化出现以前，就帮助有机化学家逐渐建立了不同立体异构体之间的结构关系。

今天，trans-1,2-cyclobutanedicarboxylic acid 主要作为研究和进一步制造使用的化学品商业供应，一些供应商把它归类为 pharmaceutical synthesis intermediate。不过，这并不意味着这个化合物本身具有药理活性。它真正的用途是作为一个结构紧凑、具有明确立体化学特征、又带有两个可进一步转化羧基的合成 building block。

因此，这个小分子很好地说明了化学中的一个基本事实：一个分子的身份不仅取决于“有哪些原子”以及“这些原子怎样连接”。两个分子完全可以具有相同的原子、相同的连接顺序，却因为这些原子在空间中指向不同方向而成为性质不同的物质。

对于 trans-1,2-Cyclobutanedicarboxylic acid，这个大道理被压缩进了一个只有四个碳原子的环中。两个羧基、一个具有张力的小环，再加上“同一侧”还是“相反侧”的区别，就足以展开关于立体化学、分子形状、环张力以及合成 building block 设计的一整套化学故事。

References

1. NIST Chemistry WebBook, SRD 69. 1,2-Cyclobutanedicarboxylic acid, trans-. CAS 1124-13-6.
https://webbook.nist.gov/cgi/inchi?ID=C1124136

2. PubChem. (±)-trans-1,2-Cyclobutanedicarboxylic acid, CID 10888028. CAS 1124-13-6.
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/10888028

3. Fieser, L. F.; Pechet, M. M. (1946). "Cyclobutane-1,2-dicarboxylic Acids." Journal of the American Chemical Society, 68.

4. Reed, R. I. (1951). Studies involving cis- and trans-cyclobutane-1,2-dicarboxylic acids. Journal of the Chemical Society, 685.

5. McMurry, J. (2023). Organic Chemistry. OpenStax.